【正文】 如果電池正、負極的材料完全一樣，那么不管電池的體 積有多大，幾何結構如何變化，開路電壓都 是 一樣的。 根據不同的電池類型及不同的放電條件，對電池的容量和壽命的要求也不同，因此規(guī)定的電池放電的終止電壓也不相同?？梢杂盟鼇砉浪愎ぷ鲿r間 ， 例如， C=1600mAh 的電池 ， 如果 工作電流為 400mA，則可估算工作時間約為 4 小時。 本設計的軟件 部分 根據 A/D 轉換 電路得到的電池電壓的數字 量 進行電壓的比較和判斷， 按照充電曲線進行快速 充電，當快充結束后， 自動轉入涓流充電。 本 設計 的硬件電路 中 ， 充電和電壓變換部 分 屬于模擬電路，而控制部 分 屬于數字電路 ， 連接 這兩部分 電路 的一個 重要組成 部分 是 A/D 轉換 電路 。 在理解 了 兩種電池 的 特點， 分析了它們的 充電曲線 和特性 以后 ，本文 對 幾種不同的 充電方法和 充電終止控制方法 作了詳細比較 ，分析 了各自 的 利弊 ，最終 采 用了 脈沖法加去極化反應結合的 快速充電方法 以及 電壓負增量 （ ΔV） 的 充電終止控制方法 。 鎳鎘 鎳氫電池 各有各的特點，可分別 滿足 特定 的 需 求 。第四章是程序設計， 講述了本設計程序代碼，并結合程序分析了電路工作過程。第三章分三個部分對本設計的硬件電路做了詳細分析，其中包括 電路工作原理和每一部分參數的設置。 本論文 主要 分四個部分，首先 第一章 對本設計作了一下概述 。本設計在討論了兩種電池特性基礎上，以 AT89C2051 單片機為核心設計了一個 可對 鎳鎘 鎳氫電池 充電， 具有 電壓負增量（ ΔV） 控制功能的快速充電器。 on this basis a quick charger is designed. The characteristic and charge feature of them are introduced, some kind of charging method and stopcharge controlling method are particularly investigated， The advantages and disadvantages of them are analyzed. Based on the analysis above, a kind of well controlling method is adopted (ΔV) and an intelligent quick charger based on AT89C2051 singlechip microputer designed. This charger uses the A/D conversion, changing analogical quantity of batteries voltage into digital quantity of timer in singlechip microputer. After operating and paring of this digital quantity, it judges the state of batteries, accordingly adopts different charge method. To eliminate the effect of polarization, it uses large current pulse to conduct charging and discharging. Quick charge stops after negative voltage appearing during the process of charge. Key words： Negative voltage increment； Quick charge； A/D conversion III 前 言 最近幾年以來，數碼技術的發(fā)展使人們對能源的要求越來越高，作為能源市場上的佼佼者，性價比高的 鎳鎘 鎳氫電池 可滿足很多方面的需求，得到了眾人的青睞 ， 各種 鎳鎘 鎳氫電池 的 充電器也得到了很大發(fā)展。 其中快速充電過程采用了大電流脈沖充放電的方法，消除了電池極化反應這一現象，充電過程中檢測電路檢測到 電池出現負壓后 ， 快速充電終止 。 基于以上分析， 本設計 采用了 一種 較好的 充電終止 控 制方法 —— 電壓負增量 控制 方法 ， 以 AT89C2051 單片機為核心 設計了一個 智能快速充電器 。 I 基于 AT89C2051 單片機的智能快速充電器 摘 要 本設計討論了鎳鎘、鎳氫電池 的充電問題， 以此為基礎設計了一個快速充電器。 論文 中 首先 介紹 了 鎳鎘、鎳氫 電池各自的特點以及 它們的 充電特性，研究了幾種常用的充電方法和充電終止控制方法， 分析了 這幾種方法 各自 的 優(yōu)缺點。 該充電器 主要 利用模數轉換，將電池電壓 這一 模擬量轉換為單片機定時器中的數字量 ，經過數字量的運算、比較，對電池 的 工作狀態(tài)進行 判斷， 并相應 地 采取不同的充電方法 。 關鍵詞： 電壓 負 增量 ； 快速充電 ； 模數轉換 II Abstract The reference design discusses the issue of charge for NiCd/NiMH batteries。這兩種電池具有相似的特性，可以設計出兩種電池都適用的充電器。這個快速充電器硬件電路比較簡單， 成本較低，不過在軟件部分采用了較為先進的控制方法，其性能 并未因此受到影響。第二章介紹了鎳鎘 鎳氫電池 的特點、充電曲線、充電方法、充電過程和充電終止控制方法，它們是本設計的基礎，其中兩種電池的充電曲線是重點內容，正是在研究了兩種電池充電曲線的基礎上， 本設計采用了脈沖法加去極化反應結合的充電方法和電壓負增量的充電終止控制方法。本設計中 用到了 A/D 轉換 ，第三章最后對影響該 A/D 轉換 電路的因素做了詳細分析并給出了誤差解決方案。 IV 目 錄 第 1 章 概 述 ........................................................................................................... 1 第 2 章 鎳鎘鎳氫電池的充電原理 ......................................................................... 2 充電相關術語 ............................................................................................ 2 兩種充電 電池的特點 ................................................................................ 3 充電曲線 .................................................................................................... 4 充電方法、過程及充電終止控制方法 .................................................... 5 第 3 章 硬件電路設計 ............................................................................................. 9 電路總體框架 ............................................................................................ 9 控制芯片 AT89C2051 簡介 ...................................................................... 9 充放電電路設計 ...................................................................................... 11 電壓變換和模擬開關選通電路設計 ...................................................... 12 A/D 轉換電路設計 ................................................................................... 18 電路其它組成部分 .................................................................................. 20 電路工作過程分析 .................................................................................. 20 誤差分析及解決辦法 .............................................................................. 21 影響 A/D 轉換速度的因素及提高辦法 ................................................. 22 第 4 章 程序設計 ................................................................................................... 23 程序設計總體思路 .................................................................................. 23 主程序代碼設計 ...................................................................................... 24 子程序設計 .............................................................................................. 27 結 論 ....................................................................................................................... 31 參考文獻 ................................................................................................................. 32 致 謝 ....................................................................................................................... 33 附錄 1 系統電路圖 ................................................................................................ 34 附錄 2 主要源代碼 ................................................................................................ 35 1 第 1章 概 述 隨著數碼行業(yè)的爆破性增長， 鎳鎘 鎳氫電池以其 經濟 實惠的 優(yōu) 點 得到眾人的青睞，用途也從傳統的小家電產品收音機、錄音機、剃須刀等 擴展 到我們新興的MP PDA、數碼相機 、 電動玩具等產品中來。 鎳鎘 鎳氫電池 具 有獨特的充電特性，因此設計充電器時 要 考慮 到這一 特性 ，這樣 才 能 把 優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。 本設計選用了單片機 、模擬開關 等集成器件， 為了便于 對 硬件電路 設計原理進行分析 ， 在硬件電路設計這一章中 對它們的基本功能做了 簡要介紹。 為了充分利用已有資源，降低成本，這個 A/D 轉換電路 利用 的是恒流源對電容充電，電容兩端電壓與時 間呈線性關系這一 原理，將電池電壓 這個模擬量 轉換成單片機定時器中的數字 量 。 2 第 2章 鎳鎘 鎳氫電池 的充電原理 充電 相關術語 為了更好 地 理解 鎳鎘 鎳氫 充電 電池 的特性，下面先 簡單介紹 一下幾個和充電電池相 關的 術語 ： 1． 充電 速 率 （ Crate） C 是 Capacity 的第一個 字母，用來表示電池充放電時電流的大小數值， 以 mAh或 Ah 表示。 2．終止電壓 （ Cutoff discharge voltage） 電池放電時，電壓下降到電池不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值 稱為